基于个性化实践的古生物学及地史学线上线下混合课程建设

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  摘  要:古生物学及地史学探索深时地球的圈层耦合关系和生命演化进程,是地质学及资源勘查工程专业学生的必修课程。作者在主持校级教改项目《基于个性化实践的古生物学及地史学课程优化与提升》的实施及授课过程中,深感课程优化和提升的重要性和迫切性。通过最近三期课程讲授和改革实践,作者对该课程开展了包括培养目标修订,课程大纲和教学内容重构,教学形式和教学手段更新,智慧平台参与教学管理等实质性改革,初步实现了古生物学及地史学线上线下混合课程在课程结构和内容上的提升与优化。
  关键词:古生物学;地史学;个性化;线上线下混合课程;录播教学;可视化教学平台
  中图分类号:G640        文献标志码:A             文章编号:2096-000X(2021)21-0078-07
  Abstract: The course "Paleontology and Historical Geology" explores the coupling relationships among atmosphere, hydrosphere, and lithosphere, as well as the evolution of life through deep time Earth. It is a mandatory course for students majoring in Geology and resource exploration engineering. Through the experience of participating in the instructional reform item optimization and promotion of Paleontology and Historical Geology curriculum based on personalized practice and lecturing, I deeply feel the importance and urgency of curriculum optimization and improvement. In the recent three courses and practice, the author has carried on the reform as follows: revising the training goal, reconstructing the syllabus and the teaching content, updating the teaching form and teaching means, intelligence platform to participate in teaching management. Paleontology and Historical Geology is preliminarily realized online hybrid courses in the curriculum structure and content of improvement and optimization.
  Keywords: Paleontology; Historical Geology; individualization; online and offline joint course; recorded teaching; visual teaching platform
  地球是一个充满活力的星球,在其约46亿年的地质历史中,海陆分布格局、关系,陆地和洋盆的大小、形状、地理分布,大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的耦合关系都在随时间不断变化,演绎沧海桑田的故事[1]。古生物学及地史学关注深时地球生物,以了解地质历史发展以及解读地球历史中的重要事件的方式接近地球历史,将地球的历史理解为一个动态复杂的集成系统,而不是一系列孤立且无关的地质事件。通过解译地质事件,了解塑造我们的星球和生命的根本地质和生物学原理及过程。
  中南大学资源勘查工程专业必修课程古生物学及地史学融合了古生物学和地史学两大主体部分,是地质学乃至地球科学的支柱基础课程之一。作者有幸,在过去三年主要讲授该门课程,并作为主持人参加了该课程的校级改革项目,对该课程开展了课程结构、课程内容的提升和优化。在2020年新冠肺炎疫情大环境背景下,尝试了线上线下混合式课程的建设,并获得初步成效。在此,作者试图通过本文与同行们进行一些经验分享交流。
  一、古生物学及地史学的课程特点和建设发展历程
  古生物学的研究对象是保存在地层中的生物遗体、遗迹和遗物等化石。化石在确定地层的新老关系、相对地质时代的确定中发挥重要作用。古生物学研究对于推断地质历史时期海、陆分布规律,气候变迁和沉积矿产分布规律具有重要意义,因此在传统地学高校的课程建设中处于基础支柱地位[2-3]。同时,该学科也是生命科学和地球科学的交叉学科,是生命科学中唯一具有深时尺度的一个独特分支,研究早期生命起源、生物演化进程、辐射与灭绝机制等重要基础性科学问题。古生物地史分布是地史学的重要组成部分,这也是本校在课程设置时,将古生物学和地史学内容融合为一门综合课程的初衷。
  古生物学及地史学课程主要授课对象是资源勘查工程专业的学生。本校该专业几十年来培養了大批工程技术及研究人才,他们在我国地质行业内发挥了重要作用。学术研究方面,陈国达院士创立的“地洼学说”蜚声海内外;2018年何继善院士所带领的团队又获得了国家技术发明奖一等奖,学术研究成果卓越,获得了极高的评价。本课程的早期教学人员来自于中山大学、武汉大学等,拥有良好的专业素质和学科基础。但近年来教学力量中空的现象较为严重。从课程设置上来说,从2016年起,作为地质学二级学科的古生物学方向,才由资源勘查工程专业学生的选修课程提升为必修课程,起步落后于兄弟高校。   从人才培养角度出发,我校针对现代地球科学类人才提出其应当具有以下素质:具有扎实的专业基础、宽广的知识面、合理的知识结构、较高的综合素质、富有创新精神和创新能力以及解决实际问题的能力。在此新要求下,古生物学及地史学这门课程应该适度跳出以基本知识传授为目的的“舒适圈”,进一步强调先进理论的传播和创新能力的培育,注重和加强学生实践能力和科研能力的锻炼,以此培养出符合国家战略发展目标的高质量人才。自2018年起,本教学团队致力于该门课程的建设,开展了包括结构优化、内容重组和多种教学手段并进的实质性改革,目前该课程线上线下混合式教学实践已获良好反馈。改革后的课程旨在为培养具有国际视野、综合分析能力、最新科学动态捕获能力于一体的新型综合性地质人才而服务。
  二、古生物学及地史学课程与教学改革要解决的重点问题
  (一)科研成果突出,教材更新滞后
  上个世纪80-90年代出版的《古生物学》《地史学教程》(刘本培,全秋琦,1996)一直是地学类高校使用的经典教程。课程课件的搭建也大多以此为基础。虽然在近十年的时间里,国内外学者出版了多本专业课程教材,如:《古生物学》《古生物学导论》《The Earth Through time》和《生物演化与环境》[2-5]等,但教材的编写速度永远赶不上科研的发展进度,近年来有很多古生物学领域的重要发现,如早期生命研究、生物多样性演化以及古人类学研究的重要成果,尚未入选主流教材,这些都制约了学生对一线研究成果的迅速汲取。
  (二)科研型人才培养目标不明确
  从国内高等院校地质学类专业设立的课程可以看出,学生的专业基础知识培养目标主要侧重于基本原理掌握的需要,并不要求学生对本课程最新科研进展有过多的涉及。因此,培养的大多数学生具有较强的生产实践能力,但科研能力相对较欠缺。科研能力的提升只能在研究生阶段获得,对本学科的科研建设没有起到有效助推的作用。
  教学经验代际传承不够,新科学研究成果未及时吸纳为教学内容,学生无法学以致用等问题,都严重影响了课程的教学质量。行之有效的教学方法是高质量完成教学任务的必要保障。如何在有限的学时里保证教学质量,让学生掌握本门学科的知识精髓,是古生物学及地史学所面临的难题及重要任务,这就给教学改革提出了更高的要求。
  三、古生物学及地史学课程内容和资源建设举措
  本着培养高质量创新型人才的目的,对古生物学及地史学课程进行重新构建,课程内容和资源建设的举措主要有以下几方面:
  (一)构建多元化的线上、线下师资队伍
  线下师资队伍建设环节,一方面,强化校内教师教学能力训练,提高教师对实践教学的胜任力。另一方面,本课程从国内外研究所引进/邀请高水平兼职教师,完善师资队伍结构。邀请1~2位国内外知名专家、学者参与课程的讲座,如邀请中国科学院南京地质古生物所的专家讲授《头足类化石》专题,邀请爱沙尼亚古生物学专家教授讲授《波罗的海地区的地史演化》专题。形成以本校教师为带头人,校内、外专兼职教师共同参与的教学团队。后续课程中,拟每学期邀请1~2名知名学者授课1~2次,激发学生的专业学习兴趣。
  线上教学部分,精选学堂在线省级精品课程古生物学作为线上学习资源(课程链接:https://www.xuetangx.com/course/nju07101002667/4231835?channel=search_result)。在线课程主讲人史宇坤是南京大学地球科学与工程学院副教授,史教授主讲过的课程包括古生物学、古无脊椎动物学、生物演化历程与演化理论等。她多次参与省级、国家级教改项目,具有丰富的教学经验。目前,该在线课程已获评江苏省在线课程一等奖。史宇坤教授与本教学团队有深度的科研和教学合作,在2020年新冠肺炎疫情期间,合作开展了在线教学。史宇坤教授对本校参与学生的学习情况提供了进度跟踪和后台分析,对于学生在线学习情况可以给予良好的评价和反馈。
  (二)课程大纲的调整和教学内容的优化重组
  先前的古生物学及地史学课程内容设计,实质上是两门独立课程:古生物学和地史学的串联组合。在授课过程中,两门课程分别占據了前后32个课时的时间。实际上,地史学课程有一部分内容(代表性地史生物)是古生物学课程内容的强调和运用。通过教学实践,主讲人将两门割裂的课程按照地质年代和代表性生物出现的顺序进行课程大纲的重新设计,符合能力发展的逻辑顺序(表1)。
  古生物学及地史学包含大量定量描述和定性判别,是一门实践性很强的地质类学科。本课程总共64课时,其中包括16个实验课时。以往的教学过程中,理论课时安排在第1-12周,实践课安排在第3-10周。通常某个门类理论课程结束之后才是实践课。但是很多的知识点是需要实验(化石直观观察)来增加理解和加强记忆的。调整后的课程结构,将实验课与理论课以及野外实践教学更好地相结合:一方面将课程教材《古生物学及地史学》中部分讲课内容放在实验课中,结合实验标本讲,以提高学习效率;另一方面从野外实践教学基地中补充部分实验材料,带入课堂理论教学,灵活运用。加大了实践环节成绩在课程考核总成绩中的比重,降低了期末笔试成绩所占比重。实验课的成绩,与课程小论文、课堂表现成绩一起作为平时成绩,并且将总成绩中平时成绩的所占比例提高到40%-50%。
  (三)推出个性化的培养方案
  在保证专业人才培养规模的前提下,用一种“贴标签”的方式发展学生个性,允许学生在某些能力上有特殊的发展。通过前几次绪论课程(14个课时),归纳总结学生类型,形成学术型、应用型、实践型、管理型等多种类型。在整个学习过程,因材施教地设计个性化培养方案,对相应类型学生,如,具有学术型潜力的学生可在教师指导下,提前开展创新创业科研训练。学生根据自己的兴趣和特长,进行不同难度课程任务的选择,主动地开展个性化学习。   (四)在线资源的学习及翻转课堂的教学形式
  以往的课程教学中,要求学生积极主动参与课程的形式并不多,教师在教学过程中处于主导地位。课堂教学的安排上,教师所占用的时间一般超过4/5,未能留给学生充分的发表见解、自主锻炼的机会,使得部分学生做了“南郭先生”,滥竽充数学完课程。在课程改革中,代表性门类生物的理论内容,安排了24个线上自学课时,在线下课堂教学中,老师将针对学生在线学习过的内容,提供知识要点的梳理和实践标本的实物支撑,开展随堂小测验,做到理论和实践的高度融合,促进学生对知识的掌握(图1)。同时,要求具有科研型潜力的学生提前做好课程预习工作,在部分课堂讲课时,充当 “第二导师”,自主带领学生进行部分课程的学习,提高学生参与度,打造高效课堂。
  (五)最新教材和科研动态进课堂
  在教材选择方面,添加《Historical Geology》《The Earth Through time》和《生物演化与环境》等权威教材,在教学内容安排上采用了简明并与国际接轨的方案,使用经典教材[1,6-11]。教材提供了系统的中英对照专业术语(其中不少是近年出现的新术语)(表2),以满足教师讲课及学生阅读英文书刊、撰写科技论文的需要。各章均附有思考题,利于自学并提高学习兴趣。
  为满足当代地学人才的培养目标,任课教师应努力提高自身的学术水平和科学素养,达到以科研促教学的目的,完成教学、科研一肩挑的任务。例如,笔石化石是早古生代最为特征的化石之一,建立在其结构特征上的动物群演化又是早古生代生物地层划分的重要依据。但是,常常有学生反映,其结构术语太多,且标本常呈薄膜状保存,难以掌握。作者凭借笔石动物的科学研究经验发现,不同的教材中有着不同术语及分类,且中英文不统一。这就导致学生在学习本章节的过程中感觉内容零乱,不易掌握。针对这一问题,作者查阅了有关文献,理顺各种分类、术语的含义及成因关系,保存类型差异并配以不同的图片,最终以清晰明了的方式呈现给学生(图2)。教师将自己擅长的科研领域的最新成果带进课堂,把科研思维及最新成果融入教学,极大地丰富和补充课堂教学内容,此过程也逆向提高了教师的科研素质。作者长期处于古生物学科研第一线,将国际会议和顶級期刊发表的最新的科研进展融入到各章节的教学中,进一步激发和培养了学生的专业兴趣,开阔了学生的科研视野。
  (六)智慧教学平台及教学方法的改革
  现代化教学手段的运用,可极大地提高教学效率。智慧教学平台的使用,可保障实际教学工作的效率。2020年春季突如其来的新冠肺炎疫情,给高等教育教学工作造成了很大的影响。在较短的时间内,很多教师难以组织线上教学,选择将网络课程中的“金课”“精品课程”作为学生学习的唯一途径。这种单纯依靠他人在线课程的方式也存在弊端,存在教材匹配度低、讲解深度不够、方法不详、实验环节缺失、学习效率低下等明显不足。针对这些问题,本教学团队开展了线上、线下、录播协同并进的混合式教学方法(图1)。和典型线上线下教学方式相比,多出了使用在线平台对线下课程开展录播的环节。具体为:利用学校提供的教学可视化平台(Tronclass: http://lms.csu.edu.cn/course/19107/)开展教学管理(课件共享、作业布置、综合测试、进度捕捉、效果反馈等)(图3)。线下课程同步开展录播,并上传至平台,以供学生反复观看和教师后续改进和提高。教师课后及时查看可视化平台的课程分析,对于数据异常、完成度低的学生予以询问和关心(图4)。针对学生的教学评价及时反馈和改进,以求后续提高。该“三步走”教学方法有效运用了信息技术手段,通过捕捉学生的学习效果,及时调整学习进度和施教方式,能够达到更好的教学效果。
  (七)专业知识与课程思政高度融合
  本课程将高等教育立德树人的宗旨,融入到课堂教学中,开展课程思政。通过教学设计,将时事热点问题作为课程思政的内容,积极融合到教学中,让学生切实体验和掌握“理论来源于实践,并把理论运用于实践”的辩证思想。例如,在讲授到生物演化规律章节时,为了让学生更好地了解生物演化的不可逆性和相关规律,引入“基因编辑婴儿”事件,让学生逆向理解生物演化规律,了解生命演化历史,让学生尊重大自然,尊重进化规律(图5)。学生遇到类似的热点实事问题,将运用学到的专业知识来思考问题。培养了学生发现问题、解决问题的能力、培养学生锲而不舍、刻苦钻研的科学精神。
  (八)课程反馈和课程评价权利翻转
  课程评价来自多个维度,同行教师、教学督导的评价占主体地位;学生作为课程的全程参与者,对于课程改革效果的评价,可以供教师后续提高。教师及时查看可视化平台的课程分析,对于数据异常、完成度低的学生予以询问和关心(图4)。针对学生的教学评价,及时调整学习进度和施教方式,能够达到更好的教学效果(图6)。本课程在过去三期教学实践中,获得了良好的教学反馈,学生主动参与课程的积极性显著提高。
  四、古生物学及地史学课程后续建设计划
  (一)“后疫情”时期的混合式课程建设
  随着在线教育的发展,高校教育正在由传统的线下教学向混合式教学转变。这既是一种挑战更是一种机遇,也是未来五年课程建设必须要考虑到的大环境。线上线下录播这种多手段并进的混合式教学方法有利于应对复杂多变的教学环境,优点突出。但需要注意的是,教学的内容和在线教学的视频要逐年更新,才能满足日益丰满的知识体系和学生对知识的渴求。这对教学团队的科学素质和职业素养提出了更高要求,教师需要通过科研提高业务水平并牢固树立爱岗敬业精神,满足新时期混合式课程建设的要求。
  (二)进一步加强室内实验课与野外实践教学建设
  一方面,将古生物学及地史学理论课程的部分内容放在实验课中,结合实验材料讲解,以提高讲课效率。
  另一方面,充分发挥教师的主导作用,拓展野外实践教学范畴,实施“走出教室”计划。在人们的印象中,学生的野外教学必然与浩浩荡荡的交通工具、大规模行李包裹相联系。其实不然,主讲人利用校园所处地理位置的天然优势,围绕岳麓山至桃花岭一带,开辟了一条经济、高效、便捷的古生物学及地史学课程野外教学实习线路,在那里学生可以接触到地质现象良好的上古生界地层。同时,可从野外实践教学基地中补充部分实验材料,带入课堂教学中,使学生在课上的学习兴趣更高。   此外,中南大学正在建设的地质博物馆内有古生物专题展览室,预计2022年将集中开放,今后的教学计划中,博物馆将成为古生物学及地史学课程室外教学课堂之一。
  (三)建立本教学团队自己的线上线下混合式课程
  本课程团队正在开展线上教学课程的建设,在本课程的未来5年建设计划期内,将实现本团队自主线上课程的建立。
  五、结束语
  古生物学和历史地质学是充满活力且不断变化的科学,新发现、新成果层出不穷。在古生物学及地史学课程的讲授过程中,学生不仅可以了解历史地质学的原理,以及如何将这些原理应用于揭示地球历史的实践中去。更重要的是,可以让我们从过去的地质历史中吸取经验,以了解和处理当今世界面临的一些全球问题,例如自然资源的枯竭、全球气候变暖和生物多样性减少等突出环境问题。授课教师既是讲授专业知识者,更是激发学生专业兴趣的引导者,教师应通过科研提高业务水平,促进理论教学与实践教学的深度融合,通过线上线下录播等多种智慧平台和教学手段拓展教学范围、强化教学效果,并将课程思政融入到专业课的教学中,真正把高等教育立德树人的根本宗旨落地落实。
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  *基金项目:中南大学教育教学改革研究项目“基于个性化实践的古生物学及地史学课程优化与提升”(编号:2019jy055)
  作者简介:王文卉(1986-),女,汉族,江苏淮安人,博士,副教授,博士研究生导师,研究方向:古生物学方向的科研与教学。
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